CN107505233A - 介质粘弹性定量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了介质粘弹性定量方法及装置。在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图。利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率。根据所述斜率得到所述介质的粘弹性参数。位置时间图的斜率就是振动在介质中的传播速度。由于振动在介质中的传播速度和介质的粘弹性相关，所以在得到位置时间图的斜率之后，就能定量计算出介质的粘弹性参数。本发明无需从位置时间图中选取特征点来计算位置时间图的斜率，不会受到噪声干扰且计算量小，可以高效准确的进行介质粘弹性定量。

Description

介质粘弹性定量方法及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及介质粘弹性定量方法及装置。

背景技术

对介质进行振动激励时，振动在介质中的传播特性与介质的粘弹性有关，通过测量振动的传播特性，可以对介质的粘弹性进行定量。

上述原理目前已被应用至多个技术领域，以医学检测为例，检测肝脏、甲状腺和肌肉等器官或组织时，通过对介质的粘弹性进行定量，可以对病变进行定位。

因此，如何进行高效准确的介质粘弹性定量，是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了介质粘弹性定量方法及装置。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种介质粘弹性定量方法，所述方法包括：

在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。

在所述方法的基础上，作为可选的实施例一，所述利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率，包括：

对所述位置时间图进行图像分割；

提取图像特征；

利用所述图像特征进行线性拟合，获取所述位置时间图的斜率线的斜率。

在所述实施例一的基础上，作为可选的实施例二，所述图像特征为下列至少一项：

中轴线、峰值、谷值、过零点、曲线上升或下降部分的斜率最大值、曲线上升或下降部分的斜率最小值、二次导的最大值和二次导的最小值。

在所述实施例一的基础上，作为可选的实施例三，所述方法还包括：

在所述线性拟合之前，对提取的所述图像特征进行筛选，去除偏离线性区域达到设定量的图像特征。

在所述方法的基础上，作为可选的实施例四，所述获取振动在所述介质中传播的位置时间图，包括：

对所述振动的检测信号进行频域变换，得到频域信号；

去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号；

利用所述处理信号得到所述振动的位置时间图。

在所述实施例四的基础上，作为可选的实施例五，所述去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号，包括：

对所述频域信号进行滤波或特征值选取，得到处理信号；

所述滤波的参数与所述设定振动速度范围相关；

所述特征值选取与所述设定振动速度范围相关。

在所述方法、所述实施例一至所述实施例五中的任一个基础上，作为可选的实施例六，所述方法还包括：

在所述进行图像分割之前，滤除所述位置时间图中的反射波。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种介质粘弹性定量装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

第二获取模块，用于利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

定量模块，用于根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。

在所述装置的基础上，作为可选的实施例一，所述第二获取模块包括：

分割子模块，用于对所述位置时间图进行图像分割；

提取子模块，用于提取图像特征；

拟合子模块，用于利用所述图像特征进行线性拟合，获取所述位置时间图的斜率线的斜率。

在所述实施例一的基础上，作为可选的实施例二，所述图像特征为下列至少一项：

中轴线、峰值、谷值、过零点、曲线上升或下降部分的斜率最大值、曲线上升或下降部分的斜率最小值、二次导的最大值和二次导的最小值。

在所述实施例一的基础上，作为可选的实施例三，所述拟合子模块，在所述线性拟合之前，对提取的所述图像特征进行筛选，去除偏离线性区域达到设定量的图像特征。

在所述装置的基础上，作为可选的实施例四，所述第一获取模块，包括：

第一处理子模块，用于对所述振动的检测信号进行频域变换，得到频域信号；

第二处理子模块，用于去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号；

获取子模块，用于利用所述处理信号得到所述振动的位置时间图。

在所述实施例四的基础上，作为可选的实施例五，所述第二处理子模块，对所述频域信号进行滤波或特征值选取，得到处理信号；

所述滤波的参数与所述设定振动速度范围相关；

所述特征值选取与所述设定振动速度范围相关。

在所述装置、所述实施例一至所述实施例五中的任一个的基础上，作为可选的实施例五，所述装置还包括：滤波模块，用于在所述第二获取模块进行图像分割之前，滤除所述位置时间图中的反射波。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种介质粘弹性定量装置，所述装置包括：

存储器，存储执行指令；

处理器，被配置于读取所述执行指令，完成如下操作：

在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过图像分割获取位置时间图的斜率线的斜率，而位置时间图的斜率就是振动在介质中的传播速度。由于振动在介质中的传播速度和介质的粘弹性相关，所以在得到位置时间图的斜率之后，就能定量计算出介质的粘弹性参数。本发明实施例无需从位置时间图中选取特征点来计算位置时间图的斜率，不会受到噪声干扰且计算量小，可以高效准确的进行介质粘弹性定量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量方法的流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量方法的流程图；

图4是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量装置的框图；

图5是图4中所示的第二获取模块的框图；

图6是图4中所示的第一获取模块的框图；

图7是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量装置的框图；

图8是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量装置的框图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

图1是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤。

在步骤11中，在介质受到振动激励后，获取振动在介质中传播的位置时间图。

在步骤12中，利用图像分割获取位置时间图的斜率线的斜率。

在步骤13中，根据斜率，得到介质的粘弹性参数。

粘弹性参数可以包括粘性参数和弹性参数中的至少一项。

位置时间图的斜率由单位时间的振动传播的距离决定，即介质中振动传播的速度。在均匀的介质中，振动传播的速度和介质的粘弹性有关，在得到位置时间图的斜率之后，就可以定量计算出介质的粘弹性参数，因此如何高效准确的获得上述斜率成为介质粘弹性定量的关键。本示例性实施例通过图像分割确定振动的信号集中出现的区域，进而获取位置时间图的斜率线的斜率。相对于传统方法从位置时间图中选取特征点来计算上述斜率，本示例性实施例中的方法不会受到噪声干扰且计算量小，是一种高效准确的进行介质粘弹性定量的方法。

在一示例性的实施例中，通过机械振动、声辐射力或其他可以产生振动的方式，对介质进行振动激励后，介质产生振动，振动在介质中传播。由于上述振动在介质中的传播速度有限，因此可以利用检测信号对介质进行动态成像。上述检测信号可以是光波、超声波等。上述动态成像可以是一维成像、二维成像或三维成像等。

由于上述振动在介质中传播时，在不同的时刻，波前会沿着传播方向到达不同的位置，根据此特性可以形成位置时间图。位置时间图通常为直的斜纹状图。形成位置时间图的方式有很多种，下面给出两种举例。

作为可选的第一种实施方式，检测信号对介质成像产生的回波信号会发生相位去相关，利用这种相位去相关的特性，可以通过互相关、自相关、光流等算法得到介质的运动信息，沿设定的振动传播方向，得到位置时间图。上述算法可以是各种基于块匹配的方法或非块匹配的方法。这种实施方式中，相当于需要通过介质的位移和应变等信息先对振动的传播进行运动估计，然后才能得到该振动的位置时间图。

作为可选的第二种实施方式，还可以通过在频域进行处理来判断振动的有无，即可得到位置时间图。首先，对上述检测信号进行频域变换，得到频域信号，然后去除频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号，最后利用处理信号沿设定的振动传播方向得到振动的位置时间图。这种实施方式中，不需要复杂的计算，通过在频域进行处理，就可以得到不以位移或应变为特征的位置时间图。这种方法相当于无需先对振动的传播进行运动估计，只需判断振动的有无即可得到位置时间图，是一种相对高效的运动信息的获取方法。

进一步，在上述第二种实施方式中，频域变换可以选择傅里叶变换或奇异值分解的方法实现。

进一步，在上述第二种实施方式中，可以使用滤波或特征值选取，来去除频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号。如果采用滤波的方式，则滤波的参数与设定振动速度范围相关，如果采用特征值选取的方式，则特征值选取与设定振动速度范围相关。

进一步，在上述第一种和第二种实施方式中，上述设定的振动传播方向，在振动只在一个传播方向上传播时，为振动的实际传播方向，在振动在多个传播方向上传播时，为选择出的某一个传播方向。例如，当介质为一均匀薄片时，对介质进行振动激励后，振动将沿该薄片的延展方向进行传播，此时设定的振动传播方向就是该振动的实际传播方向。又例如，当介质为立体不规则形状时，振动传播的波前为立体形状，例如振动传播的波前为椭球，则沿不同的振动传播方向得到的位置时间图是不同的，此时设定的振动传播方向就是选择出的某一个感兴趣的传播方向。上述感兴趣的传播方向根据实际要测量的方向来确定，例如可以是振动传播最快的方向、振动传播最慢的方向和振动传播速度为某一区间的方向中的至少一个。

在一示例性的实施例中，由于振动在介质中传播时，遇介质的边缘或异物时会产生反射波，为提高后续处理的精度，如图2所示，在进行图像分割之前，还可以包括步骤11’，即对位置时间图中的反射波进行滤除。滤除的方式可以有很多种，方向滤波是其中一种实现方式。

在一示例性的实施例中，在获取位置时间图的斜率线的斜率时，先进行图像分割，然后提取图像特征。这里的图像特征可以是中轴线、峰值、谷值和过零点中的至少一个，也可以是其他可以获得的特征点，如曲线上升或下降部分的斜率最大值和最小值，二次导的最大值和最小值等。上述中轴线指的是位置时间图上图纹的骨架，上述过零点指的是斜率最大值点或二阶导的最大指点。提取出的图像特征中均包含有振动的信息。通过对提取的图像特征进行线性拟合，获取位置时间图的斜率线的斜率。这种获取位置时间图的斜率线的斜率的方法，避免了大量计算，通过图像特征点来拟合出位置时间图的斜率线的斜率，是一种相对高效的方法。

作为可选的实施方式，在进行线性拟合之前，还可以先对提取的图像特征进行筛选，去除偏离线性区域较大的图像特征，以进一步提高线性拟合的精度。预先可以设置一个偏离线性区域的设定量，在执行去除操作时，去除达到该设定量的图像特征。

作为可选的实施方式，图像分割可以采用多种方法实现，例如基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法和基于边缘的分割方法等。

作为可选的实施方式，线性拟合可以采用最小二乘法实现。

根据力学原理，介质的粘弹性决定了振动在其中的传播速度，因此通过得到位置时间图的斜率，可以获知振动在介质中传播的速度，进而根据力学原理，可以定量得出介质的粘弹性参数。这里的粘弹性参数可以包括剪切模量、粘弹性模量、剪切粘弹性、粘性模量、剪切粘度、机械阻抗、机械松弛时间、各向异性等。

下面以一种具体的应用场景给出本发明实施例中介质粘弹性定量方法的应用。

在对人体肝脏等粘粘弹性介质进行无损粘弹性检测时，需要对介质粘弹性进行定量。检测设备中包括激发装置和成像装置，其中激发装置对待检测介质进行振动激励，成像装置利用超声波对振动激励后的介质进行成像。振动在介质中传播时，在不同的时刻，波前会沿着传播方向到达不同的位置，形成位置时间图。上述波前可以是波峰、波谷、或振动的同一相位中的一种。

如图3所示，在这种具体应用场景的介质粘弹性定量方法可以包括如下步骤。

在步骤31中，对介质进行振动激励。

在步骤32中，对检测振动的超声波信号进行频域变换，得到频域信号。

在步骤33中，去除频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号。

在步骤34中，利用处理信号得到振动的位置时间图。

在步骤35中，对所述位置时间图进行方向滤波。

在步骤36中，对位置时间图进行图像分割。

在步骤37中，提取中轴线。

在步骤38中，对中轴线进行线性拟合，得到位置时间图的斜率线的斜率。

在步骤39中，根据确定出的斜率和力学原理，计算得到介质的粘弹性参数。

在以上介质粘弹性定量方法的各个示例性实施例中，当设定的振动传播方向为至少两个时，每个设定的振动传播方向会对应得到一个位置时间图，进而会得到该位置时间图对应的介质的粘弹性参数。综合得到的至少两套粘弹性参数，可以更全面的评价介质的粘弹性。

上述给出的介质粘弹性定量方法的各个示例性实施例，可以根据情况进行组合，这里并不限定各个示例性实施例之间的组合关系。

图4是一示例性实施例示出的介质粘弹性定量装置的框图，该装置可以位于介质粘弹性检测设备的控制主机中，例如在医疗检测领域，可以位于肝脏无损检测设备的控制主机中。该装置还可以位于云端，介质粘弹性检测设备的检测数据需要在云端进行处理。以下所描述装置中涉及的前文方法中的相同概念，不再赘述。

图4所示的装置包括：第一获取模块41、第二获取模块42和定量模块43。

第一获取模块41，用于在介质受到振动激励后，获取振动在介质中传播的位置时间图。

第二获取模块42，用于利用图像分割获取位置时间图的斜率线的斜率。

定量模块43，用于根据斜率，得到介质的粘弹性参数。

在一示例性实施例中，如图5所示，第二获取模块42采用线性拟合来获取位置时间图的斜率线的斜率。此时，第二获取模块42包括：分割子模块421、提取子模块422和拟合子模块423。

分割子模块421，用于对位置时间图进行图像分割。

提取子模块422，用于提取图像特征。

拟合子模块423，用于利用图像特征进行线性拟合，获取位置时间图的斜率线的斜率。

作为可选的实施方式，拟合子模块423，还可以在进行线性拟合之前，对提取的图像特征进行筛选，去除偏离线性区域达到设定量的图像特征。

在一示例性实施例中，如图6所示，第一获取模块41通过在频域中对检测信号进行处理获取位置时间图。此时，第一获取模块41包括：第一处理子模块411、第二处理子模块412和获取子模块413。

第一处理子模块411，用于对振动的检测信号进行频域变换，得到频域信号。频域变换可以采用傅里叶变换、奇异值分解等多种时频变换的方法。

第二处理子模块412，用于去除频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号。

获取子模块413，用于利用处理信号得到振动的位置时间图。

进一步，第二处理子模块412对频域信号进行滤波或特征值选取得到处理信号。此时，滤波的参数与设定振动速度范围相关，特征值选取与设定振动速度范围相关。

当然，在其他可选的实施方式中，第一获取模块41也可以通过互相关、自相关、光流等算法得到介质的运动信息，沿设定的振动传播方向，得到位置时间图。

在一示例性实施例中，如图7所示，介质粘弹性定量装置中还包括：滤波模块44，用于在第二获取模块42进行图像分割之前，滤除位置时间图中的反射波。

图8是根据一示例性实施例示出的介质粘弹性定量装置的框图，该装置可以位于介质粘弹性检测设备的控制主机中，例如在医疗检测领域，可以位于肝脏无损检测设备的控制主机中。该装置还可以位于云端，介质粘弹性检测设备的检测数据需要在云端进行处理。

图8所示的装置包括：存储器81和处理器82。

存储器81中存储有执行指令。

处理器82，被配置于读取存储器81中的执行指令，执行前文所述介质粘弹性定量方法的各示例性实施例中的部分或全部步骤。处理器82可以由芯片实现。

如果图8所示的介质粘弹性定量装置位于介质粘弹性检测设备的控制主机中，可以通过总线、无线等方式与介质粘弹性定量设备中的激励装置、成像装置进行连接，此时该装置上具备与实现上述连接的接口及相应通信机制。

如果图8所示的介质粘弹性定量装置位于云端，可以通过网络与介质粘弹性检测设备进行通信。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (15)

1.一种介质粘弹性定量方法，其特征在于，所述方法包括：

在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率，包括：

对所述位置时间图进行图像分割；

提取图像特征；

利用所述图像特征进行线性拟合，获取所述位置时间图的斜率线的斜率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像特征为下列至少一项：中轴线、峰值、谷值、过零点、曲线上升或下降部分的斜率最大值、曲线上升或下降部分的斜率最小值、二次导的最大值和二次导的最小值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述线性拟合之前，对提取的所述图像特征进行筛选，去除偏离线性区域达到设定量的图像特征。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取振动在所述介质中传播的位置时间图，包括：对所述振动的检测信号进行频域变换，得到频域信号；

去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号；

利用所述处理信号得到所述振动的位置时间图。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号，包括：

对所述频域信号进行滤波或特征值选取，得到处理信号；

所述滤波的参数与所述设定振动速度范围相关；

所述特征值选取与所述设定振动速度范围相关。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述进行图像分割之前，滤除所述位置时间图中的反射波。

8.一种介质粘弹性定量装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

第二获取模块，用于利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

定量模块，用于根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：

分割子模块，用于对所述位置时间图进行图像分割；

提取子模块，用于提取图像特征；

拟合子模块，用于利用所述图像特征进行线性拟合，获取所述位置时间图的斜率线的斜率。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述图像特征为下列至少一项：中轴线、峰值、谷值、过零点、曲线上升或下降部分的斜率最大值、曲线上升或下降部分的斜率最小值、二次导的最大值和二次导的最小值。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述拟合子模块，在所述线性拟合之前，对提取的所述图像特征进行筛选，去除偏离线性区域达到设定量的图像特征。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，包括：

第一处理子模块，用于对所述振动的检测信号进行频域变换，得到频域信号；

第二处理子模块，用于去除所述频域信号中位于设定振动速度范围之外的信号，得到处理信号；

获取子模块，用于利用所述处理信号得到所述振动的位置时间图。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二处理子模块，对所述频域信号进行滤波或特征值选取，得到处理信号；

所述滤波的参数与所述设定振动速度范围相关；

所述特征值选取与所述设定振动速度范围相关。

14.如权利要求7至13任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：滤波模块，用于在所述第二获取模块进行图像分割之前，滤除所述位置时间图中的反射波。

15.一种介质粘弹性定量装置，其特征在于，所述装置包括：

存储器，存储执行指令；

处理器，被配置于读取所述执行指令，完成如下操作：

在介质受到振动激励后，获取振动在所述介质中传播的位置时间图；

利用图像分割获取所述位置时间图的斜率线的斜率；

根据所述斜率，得到所述介质的粘弹性参数。